DE8527694U1 - Mass and/or heat exchangers - Google Patents
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Description
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- 3 - A3GW32129- 3 - A3GW32129
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A k &zgr; &ogr; GmbH
WuppertalA k &zgr;&ogr; GmbH
Wuppertal
Die Erfindung betrifft einen Stoff- und/oder Wärmeaustauscher bestehend aus einem Bündel von Hohlfäden von im wesentlichen gleicher Länge, deren Enden in eine Vergußmasse eingebettet sind, einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse mit Anschlußstutzen zur Zu- und Abfuhr mindestens zweier Medien, wobei das erste Medium durch die Hohlfäden hindurch, und das zweite Medium am Strömungsausgang radial nach außen geführt wird, und wobei das Gehäuse aus einem im wesentlichen rohrförmigen Körper und zwei Kappen besteht.The invention relates to a material and/or heat exchanger consisting of a bundle of hollow threads of essentially the same length, the ends of which are embedded in a casting compound, a substantially cylindrical housing with connecting pieces for the supply and discharge of at least two media, the first medium being guided through the hollow threads and the second medium being guided radially outwards at the flow outlet, and the housing consisting of a substantially tubular body and two caps.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stoff- und/oder Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der für den teil- bzw. vollautomatischen Herstellprozeß geeignet ist. Weiterhin sollen möglichst viele Bestandteile des Austauschers wiederver-The aim of the present invention is to provide a material and/or heat exchanger of the type mentioned above, which is suitable for the partially or fully automated manufacturing process. Furthermore, as many components of the exchanger as possible should be recyclable.
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wertbar sein. Bevorzugt sollen die Austauscher einen möglichst geringen Anteil an Vergußmasse enthalten.Preferably, the exchangers should contain as little casting compound as possible.
Djsse Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.This object is achieved according to the invention by the characterizing features of claim 1.
Der rohrförmige Körper kann auf diese Weise ohne größere Werkzeugkosten in seinen äußeren Dimensionen verändert werden/ da in diesen keine Anschlußstutzen vorgesehen werden müssen.In this way, the tubular body can be changed in its external dimensions without major tool costs, since no connecting pieces need to be provided.
Im einfachsten Fall genügt eine einzige Durchtrittsöffnung, die dann als direkte Weiterführung des Anschlußstutzens angesehen werden kann. In der Regel werden jedoch mehrere Durchtrittsöffnungen vorgesehen. Sie sollen möglichst nahe an der Vergußmasse angeordnet sein.In the simplest case, a single through-opening is sufficient, which can then be seen as a direct continuation of the connection piece. As a rule, however, several through-openings are provided. They should be arranged as close as possible to the casting compound.
Das Hohlfadenbündel kann aus einzelnen oder aus miteinander verbundenen, beispielsweise als Schußfäden verwebten Hohlfaden bestehen. Die Hohlfaden können auch um einen stabilisierenden Kern herum zum Bündel zusammengefaßt sein.The hollow fiber bundle can consist of individual hollow fibers or of hollow fibers that are connected to one another, for example woven as weft threads. The hollow fibers can also be bundled around a stabilizing core.
An die Stabilität des rohrförmigen Körpers sind keine besonderen Ansprüche mehr gestellt, d.h. er kann eine besonders dünne Wandung aufweisen oder auch flexibel gestaltet werden.There are no longer any special requirements for the stability of the tubular body, i.e. it can have a particularly thin wall or be designed to be flexible.
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• Die Kappen können (als Einwegartikel) fest mit dem• The caps can be (as disposable items) firmly attached to the
rohrförmigen Körper verbunden sein. Sie können aber auch lösbar angeordnet sein. Sie können dann auch beim Austausch der rohrförmigen Körper weiter" verwendet werden; sie können sogar Bestandteil der für die Austauscher vorgesehenen Anlagen sein, wobei dann nüf def rohrförmige Körper mit dem Hohlfadenbündel ausgetauscht werden muß.tubular bodies. They can also be arranged so that they can be detached. They can then continue to be used when the tubular bodies are replaced; they can even be part of the systems provided for the exchangers, in which case no tubular bodies with the hollow fiber bundle have to be replaced.
Besonders günstig es es hierbei, wenn der zweite Verteilerraum ringförmig um den Außenmantel des rohrförmigen Körpers angeordnet ist, und mehrere Durchtrittsöffnungen am Umfang des Außenmantels vorgesehen sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn durch spezielle Gestaltung des ringförmigen Querschnitts des zweiten Verteilerraums, durch unterschiedliche Querschnittsflächen der Durchtrittsöffnungen und/oder durch spezielle Verteilung der Durchtrittsöffnungen am Umfang des rohrförmigen Körpers erreicht wird, daß die Beaufschlagung mit dem zweiten Medium (Zu- bzw. Abfuhr) des Hohlfadei>bündels auf dessen Umfang gleichmäßig erfolgt. Bei f unterschiedlichen Querschnittsflächen der Durchtrittsöffnungen kann die größte Öffnung, die naturgemäß gegenüber dem Anschlußstutzen um 180° verdreht angeordnet ist, zum Einbringen der Vergußmasse dienen.It is particularly advantageous if the second distribution chamber is arranged in a ring around the outer casing of the tubular body and several through-openings are provided on the circumference of the outer casing. It is particularly advantageous if the special design of the ring-shaped cross section of the second distribution chamber, the different cross-sectional areas of the through-openings and/or the special distribution of the through-openings on the circumference of the tubular body ensure that the second medium (supply or removal) of the hollow fiber bundle is applied evenly over its circumference. If the cross-sectional areas of the through-openings are different, the largest opening, which is naturally rotated by 180° relative to the connecting piece, can be used to introduce the casting compound.
Die Durchtrittsöffnungen werden in der Regel radial durch die Wand des rohrförmigen Körpers hindurchtreten, sie können aber auch bei entsprechender ringförmigerThe passage openings are usually radially through the wall of the tubular body, but they can also be annular
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Ausbildung der Rohrwandung axial in den gebildeten Ringkanal eintreten. Es ist auch günstig/ wenn die Innenwand der Enden des im wesentlichen rohrförmigen Körpers im Bereich der Vergußmasse eine derart erweiterte Querschnittsfläche aufweist, daß zwischen dem äußeren Umfang des Hohlfadenbündels und der Innenwand des rohrförmigen Körpers ein mit Vergußmasse ausgefüllter, möglichst geringer Zwischenraum vorhanden ist.Formation of the tube wall axially enters the formed annular channel. It is also advantageous if the inner wall of the ends of the essentially tubular body in the area of the casting compound has such an expanded cross-sectional area that between the outer circumference of the hollow fiber bundle and the inner wall of the tubular body there is a gap that is as small as possible and filled with casting compound.
Die radiale Abmessung des Zwischenraumes soll bevorzugt zwischen 0,2 und 1,5 mm liegen.The radial dimension of the gap should preferably be between 0.2 and 1.5 mm.
Vorteilhaft ist es, wenn sich der Innenraum des im wesentlichen rohrförmigen Körpers vom einen Endbereich zum anderen Endbereich hin konisch erweitert.It is advantageous if the interior of the essentially tubular body widens conically from one end region to the other end region.
Hierdurch wird vermieden, daß das Hohlfadenbündel beim axialen Einbringen kaum noch beschädigt wird, wenn es gegebenenfalls durch Hilfsmittel, wie z.B. Trichter, in den engsten Teil des rohrförmigen Körpers eingeführt wird. Die Konizität liegt hierbei bei etwa 0,5 bis 1°, gemessen zwischen Wand und Körperachse.This prevents the hollow fiber bundle from being damaged during axial insertion if it is inserted into the narrowest part of the tubular body using aids such as a funnel. The conicity is approximately 0.5 to 1°, measured between the wall and the body axis.
Besonders günstig ist es, wenn die Kappen und der im wesentlichen rohrfftrmige Körper aus unterschiedlichen Materialien besteht, und das Material des rohrförmigen Körpers nahezu dasselbe Längenänderungsverhalten aufweist wie das Hohlfadenbündel.It is particularly advantageous if the caps and the essentially tubular body are made of different materials and the material of the tubular body has almost the same length change behavior as the hollow fiber bundle.
Es ist auch möglich, durch j.v; ·.uruktive Gestaltung des Rohrkörpers, beispielsweise in Art eines FaltenbalgesIt is also possible to use a creative design of the pipe body, for example in the form of a bellows
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das Längenänderungsverhalten zu beeinflussen.to influence the length change behavior.
Am rohrförmigen Körper können zur besseren Handhabung Aussparungen oder VorSprünge vorgesehen sein. Ebenso können durch entsprechende Nasen-förmige Vorsprünge bzw. Ausbuchtungen die Zuordnung von Kappe zum rohrförmigen Körper eindeutig festgelegt werden.Recesses or projections can be provided on the tubular body for easier handling. Likewise, the assignment of the cap to the tubular body can be clearly determined by corresponding nose-shaped projections or bulges.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the following figures.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 bis 5 besondere Ausgestaltungen der Enden des rohrförmigen Körpers und der Kappe erfindungsgemäßer Stoff- und/oder Wärmeaustauscher,Figures 1 to 5 show special designs of the ends of the tubular body and the cap of the material and/or heat exchanger according to the invention,
Figur 6 eine günstige Ausgestaltung der Innenwand des rohrförmigen Körpers/Figure 6 a favorable design of the inner wall of the tubular body/
Figur 7 ein Anwendungsfall für die erfindungsgemäßen Stoff- und/oder Wärmeaustauscher.Figure 7 shows an application for the material and/or heat exchangers according to the invention.
Figur 1 zeigt das eine Ende eines erfindungsgemäßen Stoff- und/oder Wärmeaustauschers. Mit 1 ist die Kappe und mit 2 der im wesentlichen rohrförmige Körper bezeichnet. Vom Hohlfadenbündel sind einzelne Hohfäden als Striche eingezeichnet. Die Enden der Hohlfäden 4 sind in eine Vergußmasse 3 eingebettet. Die Kappe 1Figure 1 shows one end of a material and/or heat exchanger according to the invention. 1 denotes the cap and 2 the essentially tubular body. Individual hollow threads from the hollow thread bundle are drawn as lines. The ends of the hollow threads 4 are embedded in a casting compound 3. The cap 1
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besitzt zwei Anschlußstutzen 5/ 6. Der Anschlußstutzen führt in den ersten Verteilerraum 13, der stirnseitig angeordnet ist/ während der Anschlußstutzen 6 in den zweiten Verteilerraum'7 führt, welcher von der Kappe 6 und vom Außenmantel des im wesentlichen rohrförmigen Körpers 2 gebildet wird. Die Nasen bzw. Ausbuchtungen 8, 9 können als Schraub- oder Schnapp-Verschluß wirken. Aus dem Verteilerraum 7 führt mindestens eine Durchtrittsöffnung 10 radial in den Innenraum des zylindrischen Körper, wodurch das zweite Medium, welches durch den Anschluß-Stutzen 6 eingeführt wird, radial nach innen zwischen die einzelnen Hohlfäden 4 geleitet wird. Der Verteilerraum 7 kann als ringförmiger Kanal ausgebildet sein. Der ringförmige Kanal kann auf dem Umfang jeweils gleicher! Querschnitt aufweisen, wobei dann die auf dem Umfang verteilten Durchtrittsöffnungen 10 bevorzugt umso größeren Durchmesser aufweisen, je weiter sie vom Anschlußstutzen entfernt sind. Die Durchtrittsc^fnungen können auch gleichen Durchmesser aufweisen, wobei der Abstand der einzelnen Darchtrittsöffnungen mit der Entfernung vom Anschlußstutzen 6 immer geringer wird. Die Querschnittsfläche des ringförmigen zweiten Verteilerraumes 7 kann auch mit der Entfernung des Anschluß-Stutzens 6 immer kleiner werden. Diese Maßnahmen bewirken jeweils allein oder auch in Kombination zweier oder aller drei Maßnahmen, daß das zweite Medium auf den Umfang des Höh!fadenbündels gleichmäßig beaufschlagt werden kann. Wenn das andere Ende des Stoff- oder Wärmeaustauschers in der gleichen Weise gestaltet wird, ist sichergestellt, daß auch die Abfuhr des zweiten Mediums radial nach außen über den Umfang des Hohlfadenbündels gleichmäßig erfolgt.has two connecting pieces 5/6. The connecting piece leads into the first distribution chamber 13, which is arranged on the front side, while the connecting piece 6 leads into the second distribution chamber 7, which is formed by the cap 6 and the outer casing of the essentially tubular body 2. The noses or bulges 8, 9 can act as screw or snap closures. At least one passage opening 10 leads radially from the distribution chamber 7 into the interior of the cylindrical body, whereby the second medium, which is introduced through the connecting piece 6, is guided radially inwards between the individual hollow threads 4. The distribution chamber 7 can be designed as an annular channel. The annular channel can have the same cross-section on the circumference, with the passage openings 10 distributed on the circumference preferably having a larger diameter the further they are from the connecting piece. The passage openings can also have the same diameter, whereby the distance between the individual passage openings becomes smaller with the distance from the connection piece 6. The cross-sectional area of the ring-shaped second distribution space 7 can also become smaller with the distance from the connection piece 6. These measures, either alone or in combination with two or all three measures, ensure that the second medium can be applied evenly to the circumference of the hollow fiber bundle. If the other end of the material or heat exchanger is designed in the same way, it is ensured that the second medium is also discharged evenly radially outwards over the circumference of the hollow fiber bundle.
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" 9 " A3GW32129" 9 " A3GW32129
Zur Abdichtung des ersten Verteilerraumes 6 kann an der Innenseite der Kappe 6 eine umlaufende, spitz ausgebildete Nase 11 vorgesehen sein/ die beim Aufsetzen der Kappe 1 in die Vergußmasse 3 eindringt. Dies soll in dem Bereich der Vergußmasse geschehen, in dem keine Hohlfäden mehr angeordnet sind. Es ist deshalb vorgesehen, daß zwischen dem Umfang des Höh !fadenbündels ux.-d der Innenwandung des rohrförmigen Körpers 2 ein mit Vergußmasse ausgefüllter geringer Zwischenraum vorhanden ist.To seal the first distribution chamber 6, a circumferential, pointed nose 11 can be provided on the inside of the cap 6, which penetrates into the casting compound 3 when the cap 1 is put on. This should take place in the area of the casting compound in which no hollow threads are arranged. It is therefore intended that there is a small gap filled with casting compound between the circumference of the hollow thread bundle ux.-d of the inner wall of the tubular body 2.
Zur Dichtung des zweiten Verteilerraums nach außen reichen in der Regel die Nasen 9. Die Kappe kann jedoch auch über eine Dichtmasse, einen Dichtring, durch Verkleben, Verschweißen o.a. dicht auf der Außenwandung des überwiegend rohrförmigen Körpers angeordnet werden.The lugs 9 are usually sufficient to seal the second distribution chamber to the outside. However, the cap can also be tightly secured to the outer wall of the predominantly tubular body using a sealing compound, a sealing ring, by gluing, welding or other means.
Eine besonders einfache Ausführungsform ergibt sich aus Figur 2, wobei die Kappe 1 dann mit dem rohrförmigen Körper 2 unlösbar verbunden ist. Gleiche Teile wurden in Figur 2 mit derselben Nummerierung versehen, so daß sich eine nochmalige Beschreibung - wie auch in den folgenden Figuren - erübrigt.A particularly simple embodiment is shown in Figure 2, in which the cap 1 is then permanently connected to the tubular body 2. Identical parts have been given the same numbering in Figure 2, so that a further description - as in the following figures - is unnecessary.
In dor in Figur 2 dargestellten Ausführungsform kann die Kappe 1 mit dem rohrförmigen Körper 2 im Bereich 12 verklebt, verschweißt usw. werden.In the embodiment shown in Figure 2, the cap 1 can be glued, welded, etc. to the tubular body 2 in the region 12.
Gemäß Figur 3 zeigt eine weitere Form der Abdichtung zwischen den einzelnen Verteilerräumen 7, 13. Hierbei wird der rohrförmige Körper 2 in Form eines (flexiblen) Balges 12 ausgebildet, welcher nach demAccording to Figure 3, another form of sealing between the individual distribution spaces 7, 13 is shown. Here, the tubular body 2 is designed in the form of a (flexible) bellows 12, which after the
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Aufschieben der Kappe und Einschnappen in die Nasen 8 und 9/ an die Kappe gepreßt wird/ wodurch eine besonders günstige Abdichtung bewirkt wird.Push the cap on and snap it into the lugs 8 and 9/ is pressed against the cap/ thereby creating a particularly good seal.
In Figur 4 wird gezeigt/ daß die als Faltenbalg 14 ausgebildete Dichtiippe das Ende des rohrförmigen Körpers bilden kann. Weiterhin ist in Figur 4 dargestellt, durch welche Gestaltung des Endbereichs des rohrförmigen Körpers es möglich wird, die Durchtrittsöffnungen 15 axial durch die Wandung treten zu lassen.Figure 4 shows that the sealing lip designed as a bellows 14 can form the end of the tubular body. Figure 4 also shows the design of the end region of the tubular body that makes it possible to allow the through-openings 15 to pass axially through the wall.
Figur 5 zeigt weitere Möglichkeiten der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoff- und/oder Wärmeaustauschers. Die Vergußmasse 3 ist hier in einer konischen Ausgestaltung der Innenwand des rohrförmigen Körpers 2 angeordnet. Der zweite Verteilerraum 7 ist als ringförmiger Kanal ausgebildet. Die Querschnittsflächen der Durchtrittsöffnungen sind unterschiedlich groß, und zwar derart, daß die Querschnittsfläche 10', 10", 10'", 10 ·&ngr; und 10 v mit der Entfernung vom Anschlußstutzen 5 zunimmt. Die Durchtrittsöffnung 10v kann bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Stoff- und/oder Wärmeaustauschers bei Anwendung von Schleuderguß zum Einbringen der Vergußmasse, beispielsweise Polyurethan, dienen. Das Hohlfadenbünäel 16 erstreckt sich in seiner Querschnittsabmessung günstigerweise über den gesamten Innenquerschnitt des rohrförmigen Körpers 2. Die Abdichtung zwischen Kappe und rohrförmigem Körper kann auch durch O-Ringe 17 bewirkt werden. Die Kappe kann auch als Schnappverschluß I1 ausgebildet sein. Diese Ausgestaltungen können einzeln oder in Kombination am erfindungsgemäßen Stoff- und/oder Wärmeaustauscher vorhanden sein.Figure 5 shows further possibilities for the design of the material and/or heat exchanger according to the invention. The casting compound 3 is arranged here in a conical design of the inner wall of the tubular body 2. The second distributor space 7 is designed as an annular channel. The cross-sectional areas of the passage openings are of different sizes, in such a way that the cross-sectional area 10', 10", 10'", 10 ·v and 10 v increases with the distance from the connection piece 5. The passage opening 10 v can be used to introduce the casting compound, for example polyurethane, in the manufacture of the material and/or heat exchanger according to the invention when centrifugal casting is used. The hollow fiber bundle 16 advantageously extends in its cross-sectional dimension over the entire inner cross section of the tubular body 2. The seal between the cap and the tubular body can also be achieved by O-rings 17. The cap can also be designed as a snap closure I 1 . These configurations can be present individually or in combination on the material and/or heat exchanger according to the invention.
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In Figur 6 ist die Gestaltung der Innenwand dargestellt. Im wesentlichen erweitert sich hier der Innenraum 18 vom einen Endbereich 21 bis zum anderen Endbereich 20 konisch. Die Konizität wird festgelegt durch (etwa 0,5 bis 1°). Eine weitere Konizität 19 im einen Endbereich käiiii, muß aber nicht vorgesehen sein. Beim Einführen oder Einsaugen des Hohlfadenbündels auf der Seite mit dem geringeren Querschnitt (19/21) kann beispielsweise ein Trichter aufgesetzt werden. Durch die konische Erweiterung des Innenraums wird wirksam verhindert/ daß die außenliegenden Hohlfaden des Hohlfadenbündels an der Wand des rohrförmigen Körpers entlang mit dieser in Berührung gelangen und dabei geknickt werden. Die Endstücke 20 sind geringfügig erweitert zur Aufnahme der Vergußmasse.Figure 6 shows the design of the inner wall. Essentially, the interior space 18 widens conically from one end region 21 to the other end region 20. The conicity is determined by (approximately 0.5 to 1°). A further conicity 19 in one end region is possible, but does not have to be provided. When inserting or sucking in the hollow fiber bundle on the side with the smaller cross-section (19/21), a funnel can be placed on top, for example. The conical expansion of the interior space effectively prevents the external hollow fibers of the hollow fiber bundle from coming into contact with the wall of the tubular body along the latter and thereby becoming kinked. The end pieces 20 are slightly widened to accommodate the casting compound.
In Figur 7 wird ein besonders günstiger Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Stoff- und/oder Wärmeaustauscher dargestellt. Die Austauscher werden hier beispielsweise in eine Dialyseanlage eingesetzt, die in der Figur nicht mehr dargestellt ist und neben der Trennungslinie 28 angeordnet ist. Zu dieser Anlage gehören auch die Anschlußschläuche (-rohre) 22, 23, 24, 25 für Blutzulauf (22), Blutablauf (23), Dialysatzulauf (24) und Dialysatablauf (25) sowie ein Pneumatikzylinder 26, über dessen Halter 27, 29 die Kappen 1, I1' mit dem Pneumatikzylinder eine Einheit bilden. Die Kappen des erfindungsgemäßen Austauschers sind somit Bestandteil der Dialyseanlage. Nur der rohrförmige Körper 2 mit dem Hohlfadenbündel 16 dient als Wegwerfartikel. Die Kappe 1'' ist über den Halter 29 ortsfest angeordnet, während die Kappe 1 über den Pneumatikzylinder 26 axial bewegbar angeordnet ist.Figure 7 shows a particularly advantageous application of the material and/or heat exchangers according to the invention. The exchangers are used here, for example, in a dialysis system, which is no longer shown in the figure and is arranged next to the dividing line 28. This system also includes the connecting hoses (pipes) 22, 23, 24, 25 for blood inlet (22), blood outlet (23), dialysate inlet (24) and dialysate outlet (25) as well as a pneumatic cylinder 26, via whose holders 27, 29 the caps 1, 1 'form a unit with the pneumatic cylinder. The caps of the exchanger according to the invention are thus part of the dialysis system. Only the tubular body 2 with the hollow fiber bundle 16 serves as a disposable article. The cap 1'' is arranged in a stationary manner via the holder 29, while the cap 1 is arranged to be axially movable via the pneumatic cylinder 26.
&bgr; 12 - A3GW32129β12 - A3GW32129
Beim Auswechseln der Patrone (rohrförmiger Körper 2 mit Hohlfadenbündel 16) wird der Pneumatikzylinder auseinandergefahren/ die Patrone gewechselt und dann der Pneumatikzylinder wieder zusammengefahren.When replacing the cartridge (tubular body 2 with hollow fiber bundle 16), the pneumatic cylinder is moved apart/ the cartridge is changed and then the pneumatic cylinder is moved together again.
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